[Homepage]
[Hausaufgaben- Seite]
Evolutions -
Überblick
Isolation und
Artbildung
1. Einführung in
die Evolutionstheorie
2. Evolutionsfaktoren
> Variation
und Rekombination
> Mutationen
> Selektion
> Gendrift
> Isolation
und Artbildung
> Adaptive
Radiation
1. Es
gab verschiedene Evolutionstheorien, die ich für euch auf dieser
Seite dargestellt habe.
2. Evolutionsfaktoren
Variation und
Rekombination
Population:
Gruppe von Individuen, die zur gleichen Zeit in einem Biotop leben und sich
miteinander fortpflanzen können.
Variation: Phäno- und genotypische Verschiedenheit der Individuen einer
Art
Die zur Familie der
Schirkelschnecken gehörenden Heideschnecken sind in sehr trockenen
Lebensräumen anzutreffen. An heißen Sommertagen kleben sie sich mit Schleim an
Ästen und Stämmen fest und überdauern hier die Hitzezeit. Findet man eine
große Anzahl von Tieren an einem Stamm, so erkennt man augenblicklich die
Vielfalt, von Gehäusemustern. Trotz der Verschiedenheit sind es Tiere einer
Art, weil sie sich uneingeschränkt untereinander fortpflanzen können.
Die variierenden
Gehäusemuster sind erbfeste Merkmale; sie werden von verschiedenen Genen
verursacht, die Farbe und Art der Bänderung bestimmen. Von jedem Gen gibt es
verschiedene Allele. Die Vielfalt der Merkmale ist die Folge genetischer
Vielfalt der Schnecken. Sie kommt zustande, weil in der Population die
vorhandenen Allele immer wieder zufällig rekombiniert
werden.
Rekombination von
Allelen wird durch sexuelle Fortpflanzung ermöglicht. Bei diploiden Organismen
befinden sich in den Urkeimzellen homologe Chromosomenpaare. Ein Chromosom eines
Paares stammt vom Spermium, das andere von der Eizelle. Beide tragen meist
verschiedene genetische Informationen. Bei der Keimzellenbildung werden die
homologen Chromosomen getrennt. In einer Keimzelle befinden sich dann praktisch
immer Chromosomen beider Eltern. Durch die zufällige Verteilung der homologen
Chromosomen auf die entstehenden Keimzellen kann eine große Anzahl genetisch
verschieden ausgestatteter Keimzellen entstehen.
Bei der Fortpflanzung
kommt es zur Vereinigung von Keimzellen, deren Gene einem riesigen
Rekombinationspotential entstammen. Je nach Organismenart gibt es
unterschiedlich viele Nachkommen. Auch bei sehr vielen Nachkommen wird nur ein
Bruchteil der möglichen Kombinationen realisiert. Von den vielen Nachkommen
überlebt nur ein geringer Teil. Alle Organismen, die an diesem Genaustausch
teilnehmen können, bilden eine Population. Die Gesamtheit der Populationen,
deren Individuen sich untereinander fortpflanzen können, bilden eine Art.
Mutationen
Genpool:
Gesamtheit der genetischen Information einer Population
Bei der Taufliege
Drosophila treten mehrere Augenfarben auf. Die Wildtypfarbe ist rot.
Gelegentlich findet man Tiere mit weißen, braunen oder eosinfarbenen Augen.
Genetische Untersuchungen zeigen, dass vier verschiedene Allele eine Gens
vorliegen.
Diese multiplen
Allele sind durch Mutationen des Wildtypsalles entstanden. Mutationen
treten immer wieder von selbst ohne erkennbaren Anlass auf. Sie verändern
Erbanlagen und damit die genetische Information zufällig und ungerichtet. Der
Zeitpunkt für ein solches Ereignis uns seine Auswirkungen sind nicht
vorhersagbar. Betrifft eine Mutation nur ein Basenpaar der DNA, so spricht man
von einer Punktmutation. Durch Mutationen wird die Gesamtheit aller
genetischen Informationen in einer Population , der Genpool, erweitert.
Selektion
Selektion:
Natürliche Auslese durch Umweltbedingungen
Selektionsfaktor: Umwelteinfluss, der unterschiedliche
Fortpflanzungsraten verschiedener Phänotypen bewirkt.
Selektionsdruck: Einwirkung der Selektionsfaktoren auf eine Population
Transformierende Selektion: Selektion bewirkt Genpooländerung
Stabilisierende Selektion: Selektion bewirkt Erhaltung des Genpools.
Fitness: Wenn eine Population eine hohe Fortpflanzungsrate besitzt.
Gendrift (unter
Verwendung eines Beispiels)
Der Pingelap- Archipel
ist eine Inselgruppe im Pazifik. Hier leben etwa 1600 Eingeborene, von denen 5 %
farbenblind sind. Sie sind homozygote Träger eines rezessiven Allels a, das die
Sehstörung bewirkt. Das Allel tritt auch in anderen Populationen auf;
erstaunlich ist jedoch die große Häufigkeit bei dieser Inselpopulation.
Die Ursache für diese
Besonderheit findet man in der Geschichte der Inselbevölkerung. Im späten 18.
Jahrhundert starben viele Einwohner bei tropischen Wirbelstürmen und durch
Hungersnot. Die Population war stark dezimiert, nur etwa 30 Personen
überlebten. Wenn sich unter ihnen ein heterozygoter Träger des Allels a
befand, so betrug die anfängliche Allelfrequenz q=1,7 % (vorher 0,05 %). Nun
ist bei kleinen Populationen, die im Wachstum sind, keine Stabilität der
Allelfrequenzen zu erwarten. Es kommt vor, dass der einzige Träger eines
bestimmten Allels besonders viele Nachkommen hat oder ach ganz ohne Nachkommen
stirbt.
Durch solche
Zufälligkeiten wird der Genpool nachhaltig beeinflusst. Diese
Zufallswirkungen werden als Gendrift bezeichnet. Der große Anteil
des Farbenblindheit- Allels ist auf Gendrift zurückzuführen, weil andere
Ursachen, wie eine besonders hohe Mutationsrate oder ein Selektionsvorteil für
Farbenblinde, ausscheiden.
Gendrift ist nur in kleinen Populationen möglich. Die vorübergehend geringe
Populationsgröße, der Flaschenhalseffekt, tritt bei Fein- Beute-
Beziehungen auf oder bei Organismen, die ausgeprägte Massenwechsel zeigen. Das
erneute Populationswachstum kann nur mit dem genetischen Bestand der
Überlebenden erfolgen. Die Wiederbesiedlung eines Lebensraumes nach einer
Naturkatastrophe geht manchmal von sehr kleinen Teilpopulationen aus, die in
zufälliger Zusammensetzung in einem Teilbiotop überlebt haben. Diese
Organismen müssen nicht diejenigen mit der größten Fitness sein. Oft spielen
Eigenschaften, die Fitness bewirken, keine Rolle für das Überleben bei
Katastrophen. Im Gebpool der Gründerpopulation sind die mitgebrachten
Allele in Art und Häufigkeit keineswegs repräsentativ für den Genpool, dem
sie entstammen. Dabei kann es sogar vorkommen, dass sich ehemals nachteilige
Merkmale in der Population ausbreiten können, weil jetzt Konkurrenten oder
Fressfeinde fehlen.
Gendrift ist in der
Natur nicht direkt nachweisbar. Erst wenn alles anderen Evolutionsfaktoren zur
Erklärung ausscheiden, muss man von Gendrift ausgehen.
Isolation und
Artbildung
Grünspecht
und Grauspecht sind zwei Spechtarten, die bei uns gemeinsam Waldränder und
lockere Mischwälder besiedeln. Bei flüchtiger Betrachtung kann ein
auffliegender Grauspecht leicht mit der anderen Art verwechselt werden. Doch
zeigen beide Spechtarten bei genauer Betrachtung deutliche Unterschiede im
Gefieder. Der Grünspecht ist in vielen Schattierungen grün gefärbt, besitzt
eine schwarze Gesichtsmaske und trägt eine rote Haube. Beim Grauspecht ist der
Vorderkopf des Männchens rot, beim Weibchen graugrün. Das Gefieder ist an
einigen Stellen grau statt grün.
Die Entstehung dieser zwei Spechtarten
aus einer Art ist auf einschneidende Klimaveränderungen zurückzuführen. Im
Verlauf der letzten Kaltzeit rückten in Europa Eisfronten von Skandinavien nach
Süden und von den Alpen nach Norden vor. Auf dem Höhepunkt dieser Kaltzeit vor
etwa 20 000 Jahren waren die Gletscher in unserem Raum etwa 500 km voneinander
entfernt und es bildete sich eine lebensfeindliche Kältesteppe aus. Es blieben
für viele wärmebedürftige Arten nur Lebensräume im Südosten und im Westen
Europas. Dadurch wurden Tier- und Pflanzenpopulationen in östliche und
westliche Teilpopulationen getrennt. Diese geographische Isolation
durch die Eisbarriere bewirkte die genetische Isolation der Genpools; der
Genfluss war unterbrochen. Es folgte die unabhängige genetische Entwicklung der
getrennten Populationen bei unterschiedlichen Umwelt- und Selektionsbedingungen.
Beide Genpools wurden verändert. Dadurch entstanden zwei Unterarten, die man
als geografische Rassen bezeichnet. Sie unterschieden sich zwar
voneinander, hätten aber bei Aufhebung der Isolation zu diesem Zeitpunkt wieder
zu einer Population verschmelzen können.
Nach dem Rückzug der Gletscher wurden
die Gebiete wieder besiedelt. Jetzt trafen die lange Zeit getrennten
Populationen wieder aufeinander, vermischten sich aber nicht. Die genetischen
Differenzierungen waren so weit fortgeschritten, dass sie sich jetzt im gleichen
Lebensraum nicht mehr kreuzten. Der Genfluss blieb unterbrochen. Die Isolation
ermöglichte, dass sich aus einer Art zwei Arten entwickelten. Im Osten entstand
der Graspecht, im Westen der Grünspecht. Isolation kann Artaufspaltung
bewirken.
Die beiden Spechtarten konkurrieren nur
wenig um Nahrung. Der Grünspecht ernährt sich hauptsächlich von Ameisen. Mit
seiner langen Leimrutenzunge stochert er regelmäßig in Nestern und
Ameisenhaufen. Der Grauspecht hält sich häufig an Baumstämmen auf und sucht
hier baumbewohnende Insekten und deren Larven. Weil asiatische Grauspechte
überwiegend Bodenspechte sind, darf man annehmen, dass die europäischen
Grauspechte an die speziellen Bedingungen ihres Lebensraumes angepasst wurden.
Als Baumspechte stehen sie mit den bodenbewohnenden Grünspechten nicht mehr in
Konkurrenz. Der evolutive Prozess, der zur Anpassung einer bestehenden Art an
die speziellen Lebensbedingungen führt, heißt Einnischung .Eingenischte
Arten haben gegenüber anderen weniger gut angepasste Arten, die denselben
Lebensraum nutzen, einen Selektionsvorteil.
Es gibt die Ökologische Isolation,
Tageszeitliche Isolation, Ethologische Isolation und die Jahreszeitliche
Isolation auf die ich nicht näher eingehen werde.
Adaptive
Radiation
Den
Vorgang der Aufspaltung einer Population in mehrere Unterarten und Arten unter
gleichzeitiger Ausbildung verschiedener ökologischer Nischen bezeichnet man als
adaptive Radiation. An diesem Vorgang zeigt sich ein grundsätzliches
Phänomen der Evolution. Unablässig entstehen in Populationen durch Mutation
und Rekombination neue Phänotypen. Viele von ihnen sind mit ihren
Merkmalsausprägungen etwa so gut angepasst wie ihre Vorfahren.